临氢超临界水中镍基合金的腐蚀机理研究

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作者 王浩 王丹青 +1 位作者 席柯楠 吕友军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第7期182-192,共11页

针对临氢超临界水环境下的镍基合金腐蚀问题,采用实验方法探究了Inconel 600和Inconel 625合金的腐蚀过程并揭示腐蚀机理。系统比较了两种合金在不同温度(575、600、625℃)、不同氢气分压(1、2、3 MPa)和不同腐蚀时间(72、120、168 h)... 针对临氢超临界水环境下的镍基合金腐蚀问题,采用实验方法探究了Inconel 600和Inconel 625合金的腐蚀过程并揭示腐蚀机理。系统比较了两种合金在不同温度(575、600、625℃)、不同氢气分压(1、2、3 MPa)和不同腐蚀时间(72、120、168 h)的临氢环境的腐蚀过程,分析实验试样的腐蚀增质量规律、表面元素价态(XPS)分布和表面形貌(SEM)特点。实验结果表明:Inconel 625合金在腐蚀时间达到120和168 h时出现质量变化;Inconel 600、Inconel 625合金由于具有较低的Fe/Ni比,同时含有20%左右的Cr,易生成致密的Fe-Cr与Ni-Cr尖晶石结构的氧化物,对合金具有较好的保护作用,因此表现出优异的抗氢腐蚀性能;在同时含有质量分数为20%的Cr时,Fe/Ni比越大,越容易生成稳定的Fe_(x)Cr_(3-x)O_(4)和FemNi_(3-m)O^(4),能表现出较好的抗氢脆性能;Inconel 625合金的抗氢腐蚀能力大于Inconel 600合金。该研究结果可为临氢超临界水中的容器选材提供支撑。 展开更多

关键词 临氢环境 超临界水 镍基合金 腐蚀机理

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核能水电联产系统的变负荷动态特性与灵活运行控制策略优化研究

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作者 吴青阳 李根 +3 位作者 刘明 韩小渠 张玉峰 严俊杰 《动力工程学报》 北大核心 2025年第4期582-591,共10页

为消纳大规模并网发电的可再生能源,核电机组参与调峰成为大势所趋,但频繁调节反应堆功率影响核电机组的运行安全性和经济性。提出通过水电联产和功率控制策略优化提升核电机组的运行灵活性。结合案例核电机组,动态模拟了1%~5%FP/min(FP... 为消纳大规模并网发电的可再生能源,核电机组参与调峰成为大势所趋,但频繁调节反应堆功率影响核电机组的运行安全性和经济性。提出通过水电联产和功率控制策略优化提升核电机组的运行灵活性。结合案例核电机组,动态模拟了1%~5%FP/min(FP,额定负荷)不同变负荷速率的变负荷性能,定量分析了变负荷过程中燃料棒中心温度变化偏差。结果表明:所提出的耦合控制策略可实现核电机组在65%FP到90%FP的变负荷区间能灵活调节,提高了核能水电联产集成系统的运行灵活性,且在变负荷过程中可维持反应堆满负荷运行,提高了核能利用率,同时减少了控制棒的频繁移动,提升了反应堆的运行安全性;耦合控制策略相比原控制策略,变负荷过程燃料棒中心温度降低了41.24%~45.28%,降低了包壳承受的交变应力,进而延长了燃料棒包壳寿命以及提升了核电机组的运行安全性和稳定性。 展开更多

关键词 核电站 海水淡化 灵活性 集成系统 控制策略

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基于金属氢化物的氢气纯化反应器参数优化

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作者 黄献春 吴震 张早校 《高校化学工程学报》 北大核心 2025年第4期620-626,共7页

由于对氢气的选择性化学吸附,金属氢化物吸附纯化(MHAP)被认为是一种可实现氢气分离与纯化的有效方法。文中针对终端的MH反应器,系统地探究了从材料到操作条件的最佳选择。研究搜集并整理了部分材料在杂质气氛下的储氢性能,筛选出相对... 由于对氢气的选择性化学吸附,金属氢化物吸附纯化(MHAP)被认为是一种可实现氢气分离与纯化的有效方法。文中针对终端的MH反应器,系统地探究了从材料到操作条件的最佳选择。研究搜集并整理了部分材料在杂质气氛下的储氢性能,筛选出相对可靠的MH材料。通过P⁃C⁃T实验装置测定了材料的吸放氢反应热力学,考虑反应器内的复杂传热、流动等物理条件,得到控制方程及耦合模型。根据耦合模型进一步研究了反应器的设计参数和操作参数对工艺流程中氢气纯度和氢气损失的影响。仿真结果表明,在353 K温度下,以0.05 kg·m^(-2)·s^(-1)的流量排气,出口氢气纯度能在505 s后达到99.999%。 展开更多

关键词 金属氢化物 氢气纯化 反应热力学 优化设计

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高储氢密度金属氢化物蓄热性能预测

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作者 杨宜坤 吴震 +1 位作者 刘洪皓 张早校 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期134-146,共13页

金属氢化物材料具有储氢/热密度高,工作温度区间广,无污染无腐蚀性的优点,被认为是理想的储氢/热材料。金属氢化物储氢/热材料可以通过掺杂不同元素形成多元合金,以开发具有不同目标性能的材料。这种方法依赖实验合成,十分耗费时间和经... 金属氢化物材料具有储氢/热密度高,工作温度区间广,无污染无腐蚀性的优点,被认为是理想的储氢/热材料。金属氢化物储氢/热材料可以通过掺杂不同元素形成多元合金,以开发具有不同目标性能的材料。这种方法依赖实验合成,十分耗费时间和经济成本。数据驱动的机器学习性能预测模型可以解决这一问题,通过测试对比最小二乘回归、最小绝对收缩和选择操作符回归、岭回归、弹性网络回归、支持向量回归和随机森林回归多种回归算法,成功建立了金属氢化物微观材料性质与宏观形成能之间的关系。测试结果显示随机森林回归具有最好的预测性能,在训练集和测试集上相对误差均较小,仅为3.078和8.2011,且决定系数较高,具有良好的回归能力和泛化能力。SHAP分析中表明组成金属氢化物的基态原子体积的均值和最值具有高达5.56和1.26的SHAP值,这2个因素很大程度上决定了金属氢化物材料的形成能大小。对Mg基,Ca基,AB、AB2及AB5型金属氢化物材料预测结果分析显示预测相对误差均在9%以下,证明了模型准确性及普适性,可用于未知数据集的形成能预测。 展开更多

关键词 太阳能热利用 金属氢化物 储氢储热 机器学习 性能对比

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铝/水两相自点火实验和理论研究

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作者 宋会棒 黄文林 +4 位作者 黄佐华 折勇 王立民 陈頔 张英佳 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期62-71,共10页

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应... 针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应、压力效应和尺度效应,揭示了铝/水和铝/氧点火机理的差异性,构建了铝/水自点火温度预示模型。实验结果表明:铝/水点火模式为小粒径颗粒优先着火,再引燃大粒径铝颗粒着火;临界自点火温度与铝颗粒粒径呈现反向依赖关系;点火延迟时间与温度关系符合Arrhenius关系式,颗粒越大,点火延迟的温度敏感性越高;纳米级铝粉点火延迟呈现较强的压力依赖行为,高压下火焰区域更为集中,铝粉颗粒之间竞争氧化剂更加剧烈;铝粉点火延迟的尺度效应明显,1500K下50.0μm粒径铝粉点火延迟时间约为100nm粒径铝粉的30倍。研究结果表明,铝/水自点火特性优于铝/氧,所构建的铝/水模型对微米颗粒自点火温度的预测值与文献实验值偏差较小。该研究的基础燃烧数据和点火机制理论分析可为铝/水冲压发动机的燃烧组织优化及燃烧室结构设计提供理论依据,为铝/水点火机理和模型的发展提供研究思路。 展开更多

关键词 铝/水冲压发动机 激波管 点火延迟 点火温度

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富油煤原位热解反应机理及热质传递特性的数值模拟研究

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作者 陈美静 王长安 +4 位作者 袁天霖 张津铭 侯育杰 周林婕 车得福 《煤炭转化》 北大核心 2025年第2期1-15,共15页

富油煤地下原位热解作为近年来提出的一项高效、环保的煤炭利用新技术,该过程中热量及物质的传递特性尚不清楚。重点考虑原位热解过程中的耦合传热、流体流动和化学反应,采用模拟的方法研究了不同加热条件和流体通道布置(介质入口温度... 富油煤地下原位热解作为近年来提出的一项高效、环保的煤炭利用新技术,该过程中热量及物质的传递特性尚不清楚。重点考虑原位热解过程中的耦合传热、流体流动和化学反应,采用模拟的方法研究了不同加热条件和流体通道布置(介质入口温度分别为673 K,723 K,773 K,823 K和873 K;介质入口速度分别为0.1 m/s,0.2 m/s,0.5 m/s,1.0 m/s,5.0 m/s和10.0 m/s;注热井数量分别为一口、两口和四口;水平裂缝数量分别为一条、两条和三条)下大尺度富油煤层的热质传递特性。结果表明:不同入口温度下的平均温度差距随注热时间的延长而逐渐增大;适当增大流体入口速度有助于加快煤层整体升温和热解反应速率,注气速率阈值与模拟参数密切相关,本研究条件下注气速率阈值为5.0 m/s;能否显著提高原位热解效率,则取决于流体通道布置是否明显改善了流体域分布不均的问题,针对不同的布井方式和水平裂缝数量,四井注热的总热解时长比单井注热的总热解时长短6个月,三条裂缝布置的总热解时长比单条裂缝布置的总热解时长短4.5个月。 展开更多

关键词 富油煤 原位热解 数值模拟 化学反应 传热特性

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兰炭化学链气化工艺系统自热运行参数分析及优化

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作者 关昱 宋虎潮 +2 位作者 林啸龙 王博 刘银河 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期158-167,共10页

为实现兰炭高效清洁利用,提出了一种自热式兰炭化学链气化制合成气工艺系统。基于吉布斯自由能最小化原理及能量和质量守恒定律,建立了处理能力为2000 t·d^(-1)的兰炭化学链气化模型,并通过实验数据验证了模型的准确性。研究了气... 为实现兰炭高效清洁利用,提出了一种自热式兰炭化学链气化制合成气工艺系统。基于吉布斯自由能最小化原理及能量和质量守恒定律,建立了处理能力为2000 t·d^(-1)的兰炭化学链气化模型,并通过实验数据验证了模型的准确性。研究了气化反应器温度、空气反应器温度和水碳摩尔比等因素对系性能的影响,确定了兰炭化学链反应系统的最佳自热运行条件,并与常规兰炭气化的热效率进行了对比。研究结果表明,当兰炭的给料量为83.33 t·h^(-1)时,兰炭化学链气化系统的最佳自热运行条件如下:水蒸气流量为108.99 t·h^(-1),兰炭燃料气化反应器温度为900℃,空气反应器温度为1000℃,空气流量为247.25 t·h^(-1),载氧体CaSO_(4)/Fe_(2)O_(3)与兰炭给料量的质量比为1.92,载热体Al_(2)O_(3)与载氧体CaSO_(4)/Fe_(2)O_(3)的质量比为16.29。此时,合成气的质量流量为80.13 t·h^(-1),合成气的产率为1700 cm^(3)·kg^(-1)。整体上,兰炭化学链气化系统的热效率为83.81%,高于常规兰炭气化系统的热效率80.51%,主要归因于其省去了空分制氧过程,表现出显著的性能优势和发展潜力。研究结果可为兰炭化学链气化的工业应用提供一定的参考。 展开更多

关键词 兰炭 化学链气化 自热运行 合成气

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生物质燃料流化床燃烧技术发展现状及展望

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作者 赵鹏勃 刘嘉淼 +5 位作者 王长安 常刘军 刘爱平 时正海 刘施恩 车得福 《热力发电》 北大核心 2025年第7期14-22,共9页

在“碳达峰、碳中和”的大背景下,如何安全高效环保利用生物质燃料成为行业研究的热点问题。结合流化床燃烧工程实际经历,介绍了国内、外生物质燃料燃烧技术现状及研究进展,对国内、外生物质流化床燃烧发电技术的工程应用进展进行了系... 在“碳达峰、碳中和”的大背景下,如何安全高效环保利用生物质燃料成为行业研究的热点问题。结合流化床燃烧工程实际经历,介绍了国内、外生物质燃料燃烧技术现状及研究进展,对国内、外生物质流化床燃烧发电技术的工程应用进展进行了系统总结;对比分析了生物质锅炉的特点及存在问题,重点关注循环流化床(CFB)锅炉燃烧利用生物质的研究、应用现状;最后,分析了生物质燃料流化床燃烧时的燃烧特性、NO_(x)污染物排放控制、氯腐蚀以及碱金属引起的积灰结渣腐蚀问题,探讨了各过程中的反应机理,展望了相关技术问题的未来发展方向。 展开更多

关键词 碳中和 生物质 流化床 低碳燃烧

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天然气井多相流强化携液理论及排液采气关键技术 被引量：1

9

作者 白博峰 田伟 +7 位作者 赵昆鹏 贾友亮 李丽 杨旭东 赵峥延 李旭日 沈志昊 刘磊 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期10-18,共9页

天然气田稳产是保障我国能源安全的重大需求,气井积液是制约稳产的瓶颈,排液采气是保障稳产的关键。我国60%气井因积液年均产气量递减23%以上,且积液井数以年均5%的速率快速递增。由于对气井多相流动特性认识不足,传统排液采气技术仅适... 天然气田稳产是保障我国能源安全的重大需求,气井积液是制约稳产的瓶颈,排液采气是保障稳产的关键。我国60%气井因积液年均产气量递减23%以上,且积液井数以年均5%的速率快速递增。由于对气井多相流动特性认识不足,传统排液采气技术仅适用于积液轻微的浅直井且排液率较低。研究团队近年来聚焦天然气井排液采气难题,构建了基于气液流动结构调控的强化携液理论,突破了经典临界流速携液理论仅适用于环雾状流的局限;发明了抗油耐矿化度泡沫排液、复杂井筒速度管柱排液、超声速喷嘴雾化排液、气举柱塞接力举升排液等适用气井不同积液状态的高效低成本排液采气系列关键技术。研究成果已推广至长庆气田、中外合作开发区等11个气区,累计应用近12000口气井,占我国积液气井总数的30%以上。 展开更多

关键词 多相流动 强化携液 排液采气 气田稳产 能源安全

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水气转化对超临界水煤气化的抑制特性 被引量：1

10

作者 赵帅琪 张瑞 +2 位作者 黄瀚 赵昆鹏 白博峰 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2960-2969,共10页

水气转化是煤炭超临界水气化技术中关键的均相化学反应。然而,水气转化反应对煤颗粒孔隙内非均相气化反应的影响尚不清楚。通过三维数值模拟,研究了颗粒孔隙内部水气转化反应对不规则煤颗粒超临界水气化过程的作用机理。研究结果表明,... 水气转化是煤炭超临界水气化技术中关键的均相化学反应。然而,水气转化反应对煤颗粒孔隙内非均相气化反应的影响尚不清楚。通过三维数值模拟,研究了颗粒孔隙内部水气转化反应对不规则煤颗粒超临界水气化过程的作用机理。研究结果表明,孔隙内的水气转化反应掉了大量用于煤的非均相气化反应的超临界水,降低了颗粒的气化反应速率,同时大量生成二氧化碳并富集于颗粒孔隙中,减小了孔隙中超临界水的扩散系数。定义了有效气化因子以定量表征水气转化反应对颗粒气化的抑制程度,发现了该抑制作用随颗粒粒径的增大而增强,且由于该抑制作用而增加的颗粒气化反应时间与有效气化因子呈简单对数关系。 展开更多

关键词 多孔颗粒 多相反应 煤炭 超临界水气化

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氢气/氮气添加对乙烯扩散火焰碳烟生成影响的模拟研究

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作者 闫治宇 史聪灵 +4 位作者 熊新怡 雷博涵 李倩倩 王金华 黄佐华 《西安交通大学学报》 2025年第10期137-147,共11页

针对氢气添加对碳烟生成是化学促进还是抑制的问题,采用二维数值模拟对纯乙烯、添加氮气和添加氢气的同轴协流扩散火焰开展了系统研究。分析了添加30%体积分数的氢气、氮气后,其对火焰温度、碳烟体积分数、颗粒生长、成核、前驱物演变... 针对氢气添加对碳烟生成是化学促进还是抑制的问题,采用二维数值模拟对纯乙烯、添加氮气和添加氢气的同轴协流扩散火焰开展了系统研究。分析了添加30%体积分数的氢气、氮气后,其对火焰温度、碳烟体积分数、颗粒生长、成核、前驱物演变和氧化等过程的影响,获取了相关特征参数的变化规律,阐明了低比例氢气添加对碳烟生成的化学促进作用机制。模拟结果表明:相较于添加体积分数为30%的氧气火焰,添加体积分数为30%的氢气火焰能够在一定程度上促进碳烟形成,碳烟峰值体积分数从4.37×10^(-6)增加至4.52×10^(-6),但掺氢引起的温度场变化对碳烟生成的影响作用较小;掺氢带来的化学促进作用主要通过加速多环芳香烃(PAHs)的生成和颗粒成核速率实现,进而在PAHs沉积作用而非脱氢加乙炔反应主导下促使颗粒质量增加;掺氢能够通过同时增加OH和O_(2)的氧化速率促进颗粒氧化,但其带来的化学促进颗粒生长作用要大于氧化促进作用。该研究可为掺氢燃烧的碳烟颗粒控制提供理论依据。 展开更多

关键词 氢气/氮气 乙烯 同轴协流扩散火焰 碳烟 化学促进作用

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耐热钢表面Cr_(2)O_(3)涂层原子掺杂后的抗氢脆性能与阻氢机理

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作者 王浩 张镕驿 +1 位作者 席柯楠 吕友军 《西安交通大学学报》 2025年第10期189-199,共11页

针对高温高压临氢环境中氢脆现象导致的耐热钢性能退化问题,提出一种原子稳定掺杂的Cr_(2)O_(3)复合抗氢脆涂层,并通过第一性原理方法阐明了该涂层提升其抗氢脆性能与强化阻氢作用的机制。首先,构建Cr_(2)O_(3)晶格结构,并将Cr原子替换... 针对高温高压临氢环境中氢脆现象导致的耐热钢性能退化问题,提出一种原子稳定掺杂的Cr_(2)O_(3)复合抗氢脆涂层,并通过第一性原理方法阐明了该涂层提升其抗氢脆性能与强化阻氢作用的机制。首先,构建Cr_(2)O_(3)晶格结构,并将Cr原子替换为Al、Mn、Ni、Ti、Y、Si原子;继而,研究了不同原子掺杂对H原子在表面和亚表面的吸附能、H原子在表面吸附的电子性质以及H原子的扩散行为对Cr_(2)O_(3)薄膜阻氢性能的影响机理。仿真模拟结果表明:Al、Ti、Si原子的掺杂使得H原子的吸附能提高,在表面的吸附难度增加;掺杂后Al、Mn、Ti、Y原子的电负性小于Cr的电负性,可减弱H原子在薄膜表面A位的吸附能;Al、Mn、Ti、Si原子的掺杂使得H原子沿表面向亚表面的扩散能垒提高,H原子从表面向亚表面的扩散行为起到了阻碍作用。该研究揭示了掺杂原子对Cr_(2)O_(3)涂层抗氢脆作用机制,并提出了提高阻氢性能的原子掺杂策略。 展开更多

关键词 第一性原理 阻氢 涂层 原子掺杂 抗氢脆

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计及碳捕集和储氢容量协同优化的综合能源系统低碳调度

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作者 牛明博 庞涵语 +1 位作者 吕友军 李国兴 《西安交通大学学报》 2025年第9期41-52,共12页

为满足低碳能源需求的日益增长,协调低碳技术的优化配置、实现系统经济性与低碳性的统一,构建了一个计及碳捕集、绿氢和蓝氢储能的综合能源系统模型,通过仿真分析研究了碳捕集、氢储能容量优化及多能协同运行对系统总成本和碳排放的影... 为满足低碳能源需求的日益增长,协调低碳技术的优化配置、实现系统经济性与低碳性的统一,构建了一个计及碳捕集、绿氢和蓝氢储能的综合能源系统模型,通过仿真分析研究了碳捕集、氢储能容量优化及多能协同运行对系统总成本和碳排放的影响。引入阶梯式碳交易机制建立低碳调度模型,对碳排放量进行动态约束。构建双层模型以优化氢储能容量配置,上层模型以全生命周期综合投资费用最小为目标,下层模型以系统总运行费用最小为目标,用遗传算法和混合整数线性规划相结合求解。仿真结果表明,碳捕集技术和碳交易机制的作用下,碳排放量降低了24.3%,系统总成本降低了9.5%。引入蓝、绿氢协同机制可以显著提升系统对可再生能源的消纳能力,惩罚成本降低了92.7%。采用优化后的氢储能容量进一步使系统总成本降低了1.54%,碳排放量降低了10.18%,为实现多能协同推动能源结构转型提供了新的思路。 展开更多

关键词 综合能源系统 碳捕集 氢储能 阶梯式碳交易

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基于中空玻璃微珠和变密度多层绝热材料的液氢球罐复合隔热研究

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作者 樊想 赵益达 +3 位作者 张国信 党战伟 李建仓 白博峰 《太阳能学报》 2025年第8期234-239,共6页

液氢球罐隔热系统是实现低蒸发率及经济储存的关键。该文使用逐层模型研究了变密度多层绝热(VDMLI)和中空玻璃微珠(HGB)复合的隔热系统,设计了球罐夹层空间的支撑结构,并建立了球罐漏热量预测模型;对比了不同隔热设计下球罐日蒸发率,基... 液氢球罐隔热系统是实现低蒸发率及经济储存的关键。该文使用逐层模型研究了变密度多层绝热(VDMLI)和中空玻璃微珠(HGB)复合的隔热系统,设计了球罐夹层空间的支撑结构,并建立了球罐漏热量预测模型;对比了不同隔热设计下球罐日蒸发率,基于25 m^(3)液氢球罐分析了夹层空间真空度、VDMLI总层数和层密度对球罐日蒸发率的影响,综合抽真空难度和隔热材料成本等因素设计了2000 m^(3)液氢球罐的隔热系统。结果表明:2000 m^(3)液氢球罐日蒸发率为0.042%,对比NASA同容积球罐日蒸发率降低了16%。 展开更多

关键词 液氢球罐 变密度多层绝热 中空玻璃微珠 逐层模型 超低日蒸发率

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